Energieffektiva byggnaders påverkan på CO2-utsläpp: Norra Djurgårdsstaden i samarbete med Grontmij AB

Energieffektiva byggnaders påverkan på CO ₂ – utsläpp

Norra Djurgårdsstaden I samarbete med Grontmij AB

Energy efficient buildings impact on CO

emissions

Stockholm Royal Seaport In cooperation with Grontmij AB

Författare: Sarah Chabraoui, Ümran Tuncer Uppdragsgivare: Grontmij AB

Handledare: Lisa Larsson, Grontmij AB Sten Hebert, KTH ABE

Examinator: Per-Magnus R Roald, KTH ABE

Examensarbete: 15 högskolepoäng inom Byggteknik och Design Godkännandedatum: 2013-06-17

Serienr: 2013;11

Sammanfattning

Detta examensarbete har genomförts i samarbete med Grontmij AB och är ämnat att ta fram tre olika förslag på byggnader med samma utformning men uppförda med olika material i klimatskal och stomme, för att jämföra dess energiförbrukning och slutligen analysera koldioxidutsläppen som genereras. Målet med denna studie är att påvisa vilka material som lämpar sig främst vid hållbart byggande, vilka materialval som främst kan föredras när man vill uppnå energieffektiva byggnader samt analysera dess koldioxidutsläpp.

Målet är att påvisa att koldioxidutsläppen minskar med enligt de upprättade miljökraven från Stockholms Stad i samarbete med Clinton Climate Initiative.

Climate Positive Development Program lanserades år 2009 och är ett gemensamt initiativ mellan Clinton Climate Initiative och US Green Building Council. Programmet stödjer 18 projekt världen över och Norra Djurgårdsstaden är ett av projekten som ska vara en förebild för framgångsrik ekonomisk och miljömässig stadsutveckling. Programmet är även en vägledning vid byggande av bostäder vilket är avgörande för evolutionen av stadsbygget.

Utvecklingen kring byggande har med tiden förändrats och anpassats till mer miljövänliga och energieffektiva alternativ. Idag har det blivit mer vanligt att tala om energieffektiva byggnader och minskade koldioxidutsläpp, vilka är betydelsefulla faktorer som påverkar miljön och vår framtid avsevärt. Genom att bygga hållbart och ta hänsyn till faktorer som tidigare undvikits, kommer utvecklingen ske mot det bättre.

Fokus i denna studie är att analysera hur väl de utformade byggnaderna uppfyller miljökraven som Stockholms stad har upprättat i området Norra Djurgårdsstaden, med avseende på energiförbrukning och koldioxidutsläpp. Byggnaderna utformas med hänsyn till detaljplanen för Norra 2 (del av Hjorthagen 1:3 och Norra Djurgården 1:14) samt de upprättade kraven för energiförbrukning och gestaltning. Examensarbetet skall förmedla hur mycket de olika materialen; trä, betong och stål/tegel påverkar energiförbrukningen och koldioxidutsläppen.

Jämförelsen mellan respektive byggnads energiförbrukning ger en inblick i vilka material och vilken byggnadsutformning som kan vara avgörande för framtida byggande och urbanisering.

Resultaten för energiförbrukningen beräknas genom programmet VIP-Energy som erhålls från Grontmij AB. Förslag 1 – trästomme, erhöll en årlig energiförbrukning på 25 kWh/m

, förslag 2 – betongstomme en på 22 kWh/m

och förslag 3 – stålstomme med tegelfasad en på 38 kWh/m

.

I denna studie har koldioxidutsläpp som genereras i samband med framställning av materialen

uteslutits i beräkningarna. Med hjälp av programmet VIP-Energy har koldioxidutsläpp beräknats

för respektive förslag trä, betong samt stålstomme med tegelfasad där endast byggnadsförslagens

processenergi och elförsörjning beaktats. Gällande koldioxidutsläppen som värmeförsörjningen

genererar har enklare handberäkningar gjorts och jämförts med olika fördelningar av

distributionssystemen fjärrvärme och bergvärmepump. Koldioxidutsläppen som baseras på

byggnadernas värmeförsörjning resulterade i att förslag 2 – betongstomme, som har den lägsta

värmetillförseln (256 kWh), genererar minst koldioxidutsläpp genom värmedistributionen (28,34-

37,12 kg CO

/år ). Värmedistributioner för förslag 1 – trästomme genererar 52,55 – 68,73 kg CO

/år och för förslag 3 – stålstomme med tegelfasad genereras 697,8 – 912,63 kg CO

/år.

Nyckelord: Energiförbrukning, koldioxidutsläpp, urbanisering, hållbart byggande, U-värde, Fjärrvärme,

Abstract

This thesis has been implemented in collaboration with Grontmij AB and is intended to present three different proposals for buildings with the same design but constructed with different materials in the building envelope and structure. The proposals will be compared in their energy consumption and analyzed in their respective amounts of carbon emissions the buildings generate. The ambition is to demonstrate that carbon dioxide emissions are reduced by applying the environmental requirements from the City of Stockholm in cooperation with the Clinton Climate Initiative.

Climate Positive Development Program was launched in 2009 and is a joint initiative between the Clinton Climate Initiative and the U.S. Green Building Council. The program supports 18 projects worldwide and Stockholm Royal Seaport (Norra Djurgårdsstaden) is one of the projects that will be an example to an economically successful and environmental sustainable urban development.

The development of building has overtime changed and adapted to more environmental friendly and energy efficient alternatives. Energy efficient buildings and reduced carbon emissions has become more common, which are significant factors that affects the environment and our future.

The development will strive for the better by building more sustainable and take the factors that have long been avoided, into account.

The focus of this study is to analyze how well the designed buildings meet the environmental standards, concerning energy consumption and carbon emissions. The zon of Norra 2 (part of Hjorthagen 1:3 and Norra Djurgården 1:14) is taken into consideration while designing the buildings as well as the requirements for energy consumption and conformation. The thesis shall convey what affects the materials; wood, concrete and steel with brick façade, has on the energy consumption and carbon emission. The comparison between each buildings’ energy consumption gives an insight of which materials and which design that should be used for future constructions and urbanization.

The result of the energy consumption is calculated by the program VIP-Energy, obtained from Grontmij AB. Proposal 1 – wooden frame, received an annual energy consumption of 25 kWh/m

, proposal 2 – concrete frame received an of 22 kWh/m

and proposal 3 – steel structure with a brick façade received an of 38 kWh/m

.

The carbon dioxide emissions that are generated in relation to the making of the materials have

been excluded in the calculations of this thesis. The carbon emissions has been calculated with

the program VIP-Energy for each proposal; wood, concrete and steel with brick façade, where

only the building proposals' process energy and electricity is taken into consideration.

The heat supply is simply calculated by hand and has been compared with different distributions between district heating and geothermal heat pump. The carbon dioxide emissions are based on the buildings' energy supply. It resulted in that proposal 2, which had the lowest heat input (256 kWh), generates the least carbon emissions (28, 34 – 37, 12 kg CO

/year). The heating distribution for proposal 1 generates 52, 55 – 68, 73 kg CO

/year and proposal 3 generates 697,8 – 912,63 kg CO

/year.

Keywords: Energy consumption, carbon emissions, urbanization, sustainable building, U-value, district heating

Förord

Examensarbetet utgörs av 15 högskolepoäng och är det sista momentet på högskoleingenjörsprogrammet inom Byggteknik & Design vid Kungliga Tekniska Högskolan i Haninge. Arbetet har utförts i samarbete med Grontmij AB och deras konstruktionsavdelning.

Examensarbetet har utförts i samband med Grontmij ABs kvalitetsmål att årligen leverera minst ett examensarbete inom hållbart

.

Med detta förord vill vi att tacka våra handledare Sten Hebert (KTH), Sven-Henrik Vidhall (KTH) och Lisa Larsson (Grontmij AB) för värdefulla tips och synpunkter. Tack även till hela koncernen på Grontmij AB som har välkomnat oss till kontoret. Vi tackar Grontmij AB som har gett oss tillgång till alla resurser som finns på kontoret.

Vi vill även tacka vår examinator Per Roald på KTH Haninge som har hjälpt oss med att göra detta examensarbete möjligt.

Slutligen vill vi tacka våra familjer och vänner som har försett oss med det välbehövliga moraliska stödet.

Stockholm, juni 2013

Ümran Tuncer och Sarah Chabraoui

Innehållsförteckning

1 Inledning ... 1

1.1 Bakgrund ... 1

1.2 Problemställning ... 2

1.3 Syfte ... 2

1.4 Målformulering ... 2

1.5 Avgränsningar ... 3

1.6 Frågeställningar ... 3

1.7 Lösningsmetoder ... 3

2 Nulägesbeskrivning ... 5

2.1 Grontmij AB ... 5

2.2 Läge ... 5

3 Teoretisk referensram ... 6

3.1 Inledning ... 6

3.2 Etapp Norra 2 ... 6

3.3 FEBY ... 7

3.4 VIP-Energy... 7

3.4.1 Allmänt ... 7

3.4.2 Begränsningar i programmet ... 7

4 Faktainsamling ... 8

4.1 Inledning ... 8

4.1.1 Miljökrav för etapp Norra 2 ... 8

4.1.2 Historia - passivhus ... 8

4.1.3 Passivhus ... 9

4.1.4 Klimatzoner ... 9

4.1.5 Energihushållning ...10

4.1.6 Energibalans ...11

4.2 Miljösituationen ...12

4.2.1 Fjärrvärme - Koldioxidutsläpp ...12

4.3 Klimatskal ...12

4.3.1 Transmissionsförluster ...12

4.3.2 Täta konstruktioner ...13

4.3.3 Fönster ...13

4.3.4 Dörrar ...14

4.3.5 Ytterväggar, golv och tak ...14

4.3.6 Takbjälklag - Yttertak ...14

4.4 Materialspecifika egenskaper ...15

4.4.1 Trä ...15

4.4.2 Betong ...15

4.4.3 Tegel ...15

4.4.4 Stål ...16

4.5 Framställning av materialen ...16

4.5.1 Framställning trä ...16

4.5.2 Framställning cement – beståndsdel i betong ...17

4.5.3 Framställning tegel ...17

4.5.4 Framställning stål ...18

5 Genomförandet ... 19

5.1 Projektering av byggnadsdelar ...19

5.1.1 Förslag 1 - Trästomme ...20

5.1.2 Förslag 2 - Betongstomme ...22

5.1.3 Förslag 3 - Stålstomme med tegelfasad ...24

5.2 VIP-Energy...26

5.2.1 Förutsättningar för VIP-Energy ...26

5.3 Hjälpmedel för indata ...26

5.3.1 Horisontvinkel ...26

5.3.2 Vindhastighet ...27

5.3.3 Lufttryck...27

5.3.4 Solreflektion från mark ...27

5.3.5 Specifik indata för byggnaden ...27

5.4 Indataberäkningar ...28

5.5 Beräkning av CO2 – utsläpp ...30

6 Resultat/Analys ... 32

6.1 Jämförelse mot krav för förslag 1 – trä ...32

6.2 Jämförelse mot krav för förslag 2 – betong ...33

6.3 Jämförelse mot krav för förslag 3 – stålstomme med tegelfasad ...34

6.4 Jämförelse mellan de tre förslagen trä, betong – stålstomme med tegelfasad ...34

6.5 CO2 – utsläpp ...35

7 Slutsats ... 37

8 Rekommendationer ... 39

9 Referenser ... 40

Skriftliga källor ...40

Elektroniska källor...40

Muntliga källor ...41 10 Bilagor ... I 10.1 Bilaga A ... I 10.2 Bilaga B ... VII 10.3 Bilaga C ... XIII 10.4 Bilaga D ... XIX 10.5 Bilaga E ... XXII

Benämningar och begrepp

Plankarta: För användningen av mark och vattenområden antar kommunen en plankarta som är ett dokument vilken är juridiskt bindande. Inom plankartans gränser gäller de bestämmelser som kommunen godkänt.

Planbeskrivning: Ett dokument som beskriver syftet med detaljplanen benämns planbeskrivning, denna upprättas för att detaljplanen skall förstås och kunna genomföras. Viktigt är att konsekvenserna för omgivningen framgår i planbeskrivningen vid upprättandet av detaljplanen.

Illustrationsbilaga: För att förstå planförslaget upprättas en grafisk presentation av detaljplanen. Denna kan bestå av olika visualiseringsmetoder såsom modeller, skisser och liknande.

Genomförandebeskrivning: Till en detaljplan ska en beskrivning fogas av hur planen ska förstås och genomföras. Av beskrivningen ska det bland annat framgå vilka organisatoriska, tekniska, ekonomiska och fastighetsrättsliga åtgärder som behövs för att planen ska kunna genomföras på ett samordnat och ändamålsenligt sätt. Det ska även framgå vilka konsekvenser dessa åtgärder får för fastighetsägarna och andra berörda.

Miljökonsekvensbeskrivning: Enligt miljöbalken krävs en miljökonsekvensbeskrivning för verksamheter som påverkar miljön i avsevärd omfattning. Det gäller exempelvis för större byggprojekt.

Hållbar utveckling: Ett internationellt vedertaget begrepp (på engelska Sustainable Development) som kan beskrivas som en utveckling som tillmötesgår de nuvarande behoven utan att äventyra kommande generationers möjligheter att tillgodose sina behov. Det som tas från naturen ska på ett uthålligt sätt kunna återanvändas, återvinnas och slutligen

1 Boverket, http://www.boverket.se/Vagledningar/PBL-kunskapsbanken/Detaljplanering/Detaljplanens- genomforande/ (Hämtad 2013-04-24)

2 Sten, Miljöfrågan inom Byggsektorn, upplaga 1, Sid 109

tas om hand med minsta möjliga resursanvändning och utan att naturen skadas.

FEBY: Forum för energieffektiva byggnader.

Fjärrvärme: Med fjärrvärme avses vattenburen värme som produceras och distribueras till abonnenter via ledningsnät.

Produktion och distribution drivs i regel av kommuner eller av kommunägda företag.

Koldioxid: Är en växthusgas som återfinns naturligt i jordens atmosfär. Gasen hindrar inte solljus från att nå jordytan för att värma upp den. Istället fångar koldioxid upp utgående värmestrålning och behåller värmen genom reflektion tillbaka mot jorden. Som resultat bidrar växthusgaserna med att behålla värmen kring jorden.

U-värde (W/m

K): Definierad som den värmemängd som under en tidsenhet

passerar genom en ytenhet av en konstruktion, då konstruktionens motsatta sidor har en skillnad i lufttemperatur på en grad.

Värmekonduktivitet, (W/mK): Är den värmemängd som per sekund passerar genom en area av ett material som har en tjocklek på en meter och som har temperaturdifferensen en grad. Slutligen kan det sägas att ett lågt λ- värde innebär en god värmeisolering.

3 Hebert Sten, Miljöfrågan inom Byggsektorn, upplaga 1 (Hämtad 2013-04-24) Sid 108

4 Hebert Sten, Miljöfrågan inom Byggsektorn, upplaga 1 (Hämtad 2013-04-26) Sid 82

5Energimyndigheten, Uppdaterad 2011-05-30, http://www.energimyndigheten.se/sv/Lattlast/Hur-ska-du-varma- upp-ditt-hus/Fjarrvarme/ (Hämtad 2013-04-24)

6 Hebert Sten, Miljöfrågan inom Byggsektorn, upplaga 1 (Hämtad 2013-05-16) Sid 6

7 Sandin Kenneth, Praktisk Byggnadsfysik, upplaga 1, (2009), (Hämtad 2013-04-25), sid 37

8 Sandin Kenneth, Praktisk Byggnadsfysik upplaga 1 (2009), (Hämtad 2013-05-16), sid 37

Värmekapacitet (J/kgK): Innebär ett materials förmåga att kunna motstå plötsliga temperaturförändringar. En byggnadsdels värmekapacitet C är den värmemängd som krävs för att värma upp temperaturen på byggnadsdelen med en grad.

Specifik värmekapacitet (J/kgK): Är ett materials värmekapacitet per kg och betecknas C.

Klimatskal: Är byggnadens omslutande byggnadsdelar såsom:

ytterväggar, fönster, dörrar, grund, och yttertak.

Klimatskärm: Byggnadens skal som isolerar den inre delen av denna från omvärlden med avseende på fuktighet och temperatur.

A

: Med A

anses golvarean i en byggnad, som befinner sig inom klimatskärmens insida, vara avsedd att värmas upp till mer än 10°C.

9 Sandin Kenneth, Praktisk Byggnadsfysik upplaga 1 (2009) , (Hämtad 2013-04-23), sid 60

10 Burström Per, Byggnadsmaterial, upplaga 2:6, (2010), (Hämtad 2013-04-15), sid 49

11 Bodin Anders, Jacob Hidemark, Martin Stintzing, Annali Andersson, och Sven Nyström, Arkitektens Handbok upplaga upplaga 3 (2011), (Hämtad 2013-04-23), sid 301

12 Bodin Anders, Jacob Hidemark, Martin Stintzing, Annali Andersson, och Sven Nyström, Arkitektens Handbok upplaga upplaga 3 (2011), (Hämtad 2013-04-23), sid 301

13 Forum för Energieffektiva Byggnader, FEBY 09, Karvspecifikation för Passivhus, version 2009, (Hämtad 2013- 04-29), sid 7

1

1 Inledning

Hållbart byggande är idag en nyckelfråga som skall besvara dagens och framtidens urbanisering. I dagens situation är utmaningarna för politiker och stadsplanerare så omfattande att ett stort mått av kreativitet krävs. Dagens ambitioner måste tillgodose morgondagens behov och efterfrågan på lösningar bör hittas idag för att kunna förbereda allmänheten inför framtiden.

Att visa upp en världsledande stadsplanering i miljöbyggande är Norra Djurgårdsstadens vision.

Det som återstår att se är om det med tanke på det ökade resursbehovet ur globalt perspektiv är rimligt att miljarder människor flyttar in till städer som lovar samma höga materiella levnadsstandard. Norra Djurgårdsstaden är idag inte den ultimata lösningen på dagens miljöfrågor men någonstans borde ett nytänkande träda i kraft och om jorden skall tillgodose nio miljarder människor borde vi börja någonstans.

1.1 Bakgrund

Norra Djurgårdsstaden (Stockholm Royal Seaport) har valts ut av Clinton Climate Initiative som ett av 18 projekt i världen som har goda förutsättningar att bli en klimatpositiv stadsdel.

The Climate Positive Development Program (CPDP) skapades för att möta de akuta utmaningarna för den fortskridande urbanisering och klimatförändringarna.

Idag bor mer än hälften av jordens befolkning i en urban miljö och 2050 beräknar FN att lika många människor bor i städer som det idag finns på jorden. Idag är Stockholm en stad som växer och invånarantalet kan ha ökat med så många som 600000 år 2030. Frågan är då, vilken global hänsyn tas vid nybyggande av bostäder och arbetsplatser.

Ett projekt som pågår just nu i Stockholm är Norra Djurgårdsstaden, som är ett av Europas mest omfattande stadsutvecklingsområden. Samtidigt är projektet ett av Stockholms miljöprofilområden. I och med Norra Djurgårdsstadens storlek och omfattning ur projektmässigt perspektiv är målet och ambitionen med stadsdelen att den skall karaktäriseras av innerstadens kvaliteter parallellt med att stor möda läggs på att bygga miljövänligt.

De klimatmål som eftersträvas med Norra Djurgårdsstaden är bland annat att år 2020 skall koldioxidutsläppen vara under 1.5 ton per person, vilket kan jämföras med koldioxidutsläppen för bara två år sedan som låg på 4.5 ton per person i Stockholm. Jämförelsen påvisar en god

14 TV4, http://www.newsmill.se/artikel/2011/12/13/mindre-bost-der-kan-mildra-bostadsbristen Publicerad: 2011- 12-14, Uppdaterad 2011-12-15, (Hämtad 2013-04-11)

15 TV4, http://www.newsmill.se/artikel/2011/12/13/mindre-bost-der-kan-mildra-bostadsbristen Publicerad: 2011- 12-14, Uppdaterad 2011-12-15, (Hämtad 2013-05-03)

16Exploateringskontoret, Stockholmsstad, Övergripande program för miljö och hållbar stadsutveckling, www.stockholm.se/norradjurgardsstaden (2013-04-12)

17Clinton Foundation, http://www.clintonfoundation.org/main/our-work/by-initiative/clinton-climate- initiative/programs/c40-cci-cities/climate-positive-development-program.html(Hämtad 2013-04-13)

18 TV4, http://www.newsmill.se/artikel/2011/12/13/mindre-bost-der-kan-mildra-bostadsbristen Publicerad: 2011- 12-14, Uppdaterad 2011-12-15, (Hämtad 2013-04-13)

19 http://www.newsmill.se/artikel/2011/12/13/mindre-bost-der-kan-mildra-bostadsbristen, Publicerad: 2011-12-14 Uppdaterad 2011-12-15, (Hämtad 2013-04-13)

2 sänkning om de uppsatta målen nås. Mål som bör lyftas fram är att till år 2030 skall stadsdelen vara fossilbränslefri och även klimatpositiv. Andra mål är att inga fossila bränslen skall användas för transporter och uppvärmning, samt att stadsdelen skall bidra till att utsläppen av koldioxid minskar.

För att minska utsläppen av växthusgaser har den stora utmaningen att göra med vår energianvändning. Den stora utmaningen i kampen mot klimathoten är att kunna effektivisera energianvändningen. Det samhället behöver göra är att bryta sitt beroende av fossila bränslen

genom att bygga energieffektiva byggnader som inte kräver mycket energitillförsel och som samtidigt till viss del är självförsörjande. Då kan vi uppnå goda resultat i form av minskad belastning på miljön. En teknik som tillämpas alltmer är Passivhus tekniken som egentligen inte kräver uppvärmning utan klarar sig på sin goda isolering i teorin.

1.2 Problemställning

Det som skall undersökas i denna analys är hur de av Stockholm Stad ställda miljökrav på Norra 2 (del av Hjorthagen 1:3 och Norra Djurgården 1:14) har för inverkan på koldioxidutsläpp.

Byggnaderna som skall uppföras i Norra 2 skall projekteras med passivhusteknik och har ett krav på en energiförbrukning (köpt energi, A

, exklusive hushållsel) på 55 kWh/m

×år, varav högst 15 kWh/m

×år elektricitet (inklusive fastighetsel).

1.3 Syfte

Syftet med denna analys är att med hänsyn till de upprättade kraven på Norra 2, ta fram tre förslag på byggnader med samma utformning men med olika material i stomme och klimatskal, som består av bl.a. dörrar, fönster, grund, tak. Detta för att jämföra deras energiförbrukning och slutligen analysera koldioxidutsläpp som genereras av förslagens processenergi, elförsörjning samt värmeförsörjning

1.4 Målformulering

Målet med denna studie är att påvisa vilka material som lämpar sig främst vid hållbart byggande, vilka materialval som främst kan föredras när man vill uppnå energieffektiva byggnader samt analysera dess koldioxidutsläpp.

20KTH, http://www.kth.se/ees/nyheterochpress/nyheter/kth-forskare-hjalper-stockholms-stad-na-klimatmal- 1.69644 Publicerad 2010-10-19, (Hämtad 2013-04-13)

21 Lars Andrén, Lars Tirén, Passivhus en handbok om energieffektivt byggande, första upplagan, (2012), sid 29, (Hämtad 2013-05-26)

3 1.5 Avgränsningar

Då Norra 2 (del av Hjorthagen 1:3 och Norra Djurgården 1:14) idag är under planeringsstadiet och bygglov inte finns tillgängliga, görs en avgränsning gentemot fullständiga ritningar för byggnaden som förslagen i denna studie grundar sig på. I de fallen information från havda dokument är otillräckliga inhämtas information från andra källor som Stockholm stad samarbetar med i utvecklingen kring Norra Djurgårdsstaden.

Undersökningen avgränsas till de ställda kraven på byggnader som ska uppföras i Etapp Norra 2.

Det som ligger i fokus är kraven för energihushållning och FEBY 09 samt FEBY 12, som är upprättat av en expertgrupp utsedd av Forum för energieffektiva byggnader där kriterier och beräkningar för passivhus återfinns. Utöver detta projekteras de tre förslagen med hänsyn till de upprättade kraven som listas under kap 1.6 Lösningsmetoder.

Resultatet visas i form av en jämförelse mellan tre förlag på byggnader och deras energiförbrukning samt dess motsvarighet i koldioxidutsläpp.

Önskan är att utföra en helhetsanalys av Norra Djurgårdsstaden där de av Stockholms stad upprättade kraven tillämpas på hela stadsdelen och inkluderar: den arkitektoniska utformningen, infrastruktur, transporter och avfall. Dock valdes arbetet att avgränsas till kraven på bostäder som behandlar energihushållning och koldioxid pga. tidsbegränsningen och de förkunskaper som har tillhandahållits från Högskoleingenjörsprogrammet Byggteknik & Design.

Gällande analysen av koldioxidutsläpp avgränsas detta arbete till att endast studera koldioxidutsläpp som byggnaderna genererar genom uppvärmning, processenergi och elförsörjning.

1.6 Frågeställningar

De frågor som vi tänker besvara med detta arbete lyder enligt följande:



Vilken byggnadsteknik är optimerad för att åstadkomma minskat koldioxidutsläpp?



Vilka produkter/material används i byggnaderna?



Hur tjocka är väggarna och bjälklagen?



Vilka typer av fönster skall användas i dessa byggnader?



Är byggnadstekniken en form av lågenergihus eller passivhus?

1.7 Lösningsmetoder

För att genomföra examensarbete skall egna litteraturstudier göras samt att tidigare utförda examensarbeten i samma område skall beaktas. Utöver detta skall kunskap och expertis inom ämnena hållbart byggande och konstruktion användas med hjälp av Grontmij AB.

Studien ska utgå ifrån de upprättade kraven för Norra 2 (del av Hjorthagen 1:3 och Norra Djurgården 1:14). Nedan listas de dokument som ligger till grund för de uppsatta kraven i etappen.



Plankarta - Detaljplan för del av Norra Djurgårdsstaden, Norra 2 (del av Hjorthagen 1:3

och Norra Djurgården 1:14) i stadsdelen Hjorthagen i Stockholm, Dp 2009-18084-54

4



Planbeskrivning - Detaljplan för del av Norra Djurgårdsstaden, Norra 2 (del av Hjorthagen 1:3 och Norra Djurgården 1:14) i stadsdelen Hjorthagen i Stockholm, Dp 2009-18084



Illustrationsbilaga till detaljplan för del av Norra Djurgårdsstaden, Etapp – Norra 2



Genomförandebeskrivning - Detaljplan för del av Norra Djurgårdsstaden, Norra 2 (del av Hjorthagen 1:3 och Norra Djurgården 1:14) i stadsdelen Hjorthagen i Stockholm, Dp 2009-18084



Miljökrav vid byggande av bostäder och lokaler – etapp Norra 2, 2009-09-21



Kravspecifikation för nollenergihus, passivhus och minienergihus, bostäder, FEBY 12 (Forum för Energieffektiva Byggnader), 2012-09-27och FEBY 09, 2009-06

I Miljökrav vid byggande av bostäder och lokaler – etapp Norra 2, hänvisar Stockholms stad till FEBY. I detta examensarbete används FEBY 09 och FEBY 12. Det datorstödjande programmet VIP-Energy ska användas för beräkning av byggnadernas energiförbrukning samt koldioxidutsläpp som genereras av byggnadernas processenergi och elförsörjning. För att beräkna koldioxidutsläpp som genereras av byggnadernas värmetillförsel hämtas arbetsgång från energimyndigheten.

Intervjuer kommer ligga till grund för denna studie för att få en djupare förståelse kring området

och dess krav som upprättas i samband med byggande. Exploateringskontoret kommer att

kontaktas för eventuell intervju med människor som arbetar med utvecklingen kring Norra

Djurgårdsstaden, se avsnitt 10.5 bilaga E.

5

2 Nulägesbeskrivning

2.1 Grontmij AB

Grontmij AB är ett teknikkonsultföretag som har sitt ursprung i Holland och ingår i en av Europas största teknikkonsultkoncerner. Grontmij AB är tekniska konsulter inom energi, samhällsbyggnad, husbyggnad, projektledning, arkitektur och miljö med omkring 9000 medarbetare.

Grontmij AB är verksamma inom tre Business Lines – Planning & Design, Transportation &

Mobility och Water & Energy. Inom koncernen finns ytterligare en till Buisness Line – Monitoring & Testing.

Från och med 1 mars 2013 har Grontmij AB lanserad en ny affärsenhet – Hållbara byggnader - som är en sammanslagning av de befintliga enheterna VVS och Barab.

Grontmij ABs vision och mål

”Making our daily working and living environments more sustainable. To be the leading European sustainable design, engineering and management consultancy for the built and natural environment”

2.2 Läge

Kontoret är beläget på Mejerivägen 1 i Stockholm. Grontmij AB har bottenvåningen för reception och konferensrum samt de tre översta våningarna i byggnaden för de olika avdelningarna. Utöver dessa lokaler, befinner sig ett antal andra företag i byggnaden.

Fotografierna är tagna från Google Maps.

22 Grontmij, http://grontmij.se/OmTeknikkonsultforetagetGrontmij/Historik/Pages/Historik.aspx, (Hämtad 2013- 05-02)

23 Grontmij, http://grontmij.se/OmTeknikkonsultforetagetGrontmij/Pages/OmGrontmij.aspx, (Hämtad 2013-05- 02)

24 Grontmij,http://grontmij.se/OmTeknikkonsultforetagetGrontmij/VisionMal/Pages/VisionMal.aspx, (Hämtad 2013-05-01)

Bild 2.2.1 Visar kontorets läge i Liljeholmen, Stockholm, bilden är hämtad från Google maps.

Bild 2.2.2 Visar kontorets läge i förhållande till Stockholm, bilden är hämtad från Google maps.

6

3 Teoretisk referensram

3.1 Inledning

De förkunskaper som krävdes för att genomföra denna studie har inhämtats från kurser som studerats i programmet Byggteknik & Design 180 hp. Kunskaper inom Byggteknik 2 byggfysik och materiallära, där fakta om olika byggmaterial och dess egenskaper i konstruktioner har inhämtats för att få kunskap om hur de använda materialen skiljer sig från varandra och hur deras egenskaper utmärker sig som byggnadsdelar. Även olika beräkningsmetoder för sammansatta skikt som konstruktioner har hämtats från kursen.

Kunskaper från Miljö- och Arbetsvetenskap har lämpat sig väl då miljö och hållbart byggande är huvudsyftet av denna studie. Denna kurs har behövts för att utforma energieffektiva byggnader och övrigt tillhörande faktorer. Även kunskaper inom koldioxid har inhämtats från kursen som är relevant för det slutliga resultatet.

Utan kunskaper inom konstruktionsteknik har inte konstruktionslösningar varit möjliga att utföra, såsom hur bjälklag, ytterväggar, och takkonstruktioner skall utformas.

Förståelse för samhällsplanering har även varit aktuellt då denna studie grundar sig på att ta fram förslag i Norra Djurgårdsstaden. Utan kunskaper om detaljplaner och illustrationsplaner skulle det inte vara möjligt att projektera byggnader på gällande detaljplan i området.

Installationsteknik har använts för att förstå energiberäkningarna samt för att kunna analysera och tolka resultaten från dessa beräkningar.

3.2 Etapp Norra 2

Då inga exploateringsavtal är upprättade mellan exploateringskontoret och byggherrarna i etapp Norra 2, finns det inga bygglov eller projekteringsunderlag för etappen. Enligt Staffan Lorentz och Maria Lennartsson från Exploateringskontoret är kraven för energianvändningen (55

Bild 3.2.2 Visar Hjorthagen, det inringade området är etapp Norra 2, bilden är hämtad från Stockholmsstads hemsida.

Bild 3.2.1 Visar området för Norra Djugårdsstaden, bilden är hämtad från Trafikverkets hemsida.

7 kWh/m

x år) vilket kan uppnås med passivhusteknik.

Denna studie utförs med självprojekterade fiktiva förslag vilka utförs efter kraven som är upprättade för etapp Norra 2 (del av Hjorthagen 1:3 och Norra Djurgården).

3.3 FEBY

En expertgrupp utsedd av Forum för energieffektiva byggnader (FEBY), utvecklade tidigare de svenska kriterierna för nollenergihus, passivhus och minienergihus. Idag ligger ansvaret hos Sveriges Centrum för Nollenergihus (SCNH), som är en förening som berör utveckling och spridning av energieffektivt byggande.

Resultatet av att SCHN tagit över ansvaret från Forum för energieffektiva byggnader är den reviderade versionen som kallas för FEBY12. Revideringen är uppdelad i olika dokument för bostäder och lokaler.

Vid projektering av klimatskalet användes FEBY09 och FEBY12 som genomgående förklarar vilka metoder och beräkningar som krävs för att uppnå energieffektiva byggnader samt vilka schablonvärden och indata som krävs för att kunna genomföra vissa beräkningar.

3.4 VIP-Energy

För att utföra beräkningar i VIP-Energy behövs kunskap om den aktuella byggnaden, dess byggnadsdelar och dess egenskaper så som area, fönstertyp, varje materialskikts U-värde, värmeledningsförmåga och den specifika värmekapaciteten.

Utifrån faktorer som är kända eller mätbara beräknas samtliga energiflöden. Även en jämförelse gentemot gällande regler för energihushållning för byggnaden utförs. Programmet VIP-Energy är avsett att beräkna en byggnads energiförbrukning under en tidsperiod omfattande vanligtvis ett år, men kan samtidigt beräkna energiförbrukningen under kortare perioder.

Uppbyggnaden av programmet är sådan att timvis beräkning sker kring en dynamisk

beräkningsmodell. Klimatfaktorerna lufttemperatur, sol, vind och luftfuktighet tas i hänsyn när energiflöden beräknas. Det som styr beräkningen vidare är varierande krav på rumstemperatur och luftväxling.

3.4.2 Begränsningar i programmet

Programmet VIP-Energy är begränsat till att beräkna energianvändningen för byggnader, då effektbehovet för värme och kyla utesluts. Detta avspeglar sig i utformning av användargränssnitt och resultatredovisning.

25 Lorentz, Lennartsson, intervju, Exploateringskontoret, 2013

26Forum för Energieffektiva Byggnader, FEBY12, Kravspecifikation för Passivhus, s.2, (Hämtad 2013-05-10)

27Forum för Energieffektiva Byggnader, FEBY12, Kravspecifikation för Passivhus, s.2, (Hämtad 2013-05-10)

28Vipenergy, Manual version 3.0.0

http://www.vipenergy.net/Manual.htm#Tillbaka%20upp%20p%C3%A5%20sidan, (Hämtad 2013-05-19)

29 Vipenergy, Manual version 3.0.0

http://www.vipenergy.net/Manual.htm#Tillbaka%20upp%20p%C3%A5%20sidan, (Hämtad 2013-05-19)

8

4 Faktainsamling

4.1 Inledning

I detta avsnitt återges fakta som är relevant för att få en djupare förståelse kring en byggnads förutsättningar samt vilka komponenter som avgör utförandet i olika avseenden. Vidare återfinns även materialspecifika fakta som har använts i den senare delen av studien.

Bostäderna som skall uppföras i Norra Djurgårdsstaden kommer att planeras och byggas med marknadens ledande teknik. Det som eftersträvas är framtidens bostäder i kommande tiders stadsdelar. Utmärkande egenskaper för dessa bostäder är bl.a. den aktuella energifrågan.

4.1.1 Miljökrav för etapp Norra 2

Enligt Miljökrav vid byggande av lokaler och bostäder för etapp Norra 2, ska en byggnad ha ett klimatskal med hög energiprestanda vilket innebär ett mycket lågt energibehov.

Energianvändningen i byggnader (köpt energi, A

, exklusive hushållsel) ska inte överstiga 55 kWh/m

x år, varav högst 15 kWh/m

x år elektricitet (inklusive fastighetsel).

Varje fastighet ska generera minst 30 % av sin egen förbrukande fastighetsel baserad på lokalt producerad förnybar energi där eventuell överskottsel ska kunna levereras till elnät enligt avtal med elleverantören. Byggnadens tak ska ha en optimal utformning för solceller (takets lutning, storlek och orientering mot söder). Byggnad och installationer ska utformas med vitvaror, fläktar, pumpar och belysning som har den lägsta energiförbrukningen t.ex. LED belysning.

Individuell mätning av tappvarmvatten och hushållsel ska ske i varje lägenhet och boende ska kunna avläsa och styra sin energianvändning (t.ex. genom att använda modern informations- och kommunikationsteknologi). Varje lägenhet ska kunna debiteras för sin förbrukning.

4.1.2 Historia - passivhus

Till följd av de två oljekriserna 1974 och 1979 präglades 1970-talet energipolitiskt. Anledningen till oljekrisen 1974 var Oktoberkriget 1973 vilken resulterade i att OPEC-länderna dramatiskt minskade sin oljeproduktion, och följden av det blev en prischock på råolja. Oljekrisen 1979 var orsakad av den Iranska revolutionen som skapade ytterligare oroligheter i världsekonomin. I samband med oljekriserna växte miljörörelser fram under 70-talet där även energifrågorna fanns med.

30KTH, http://www.mynewsdesk.com/se/pressroom/kth/pressrelease/view/smart-hus-foer-22-miljoner-730819, Publicerad: 2012-02-08 09:00 (Hämtad 2013-04-22)

31 Miljökrav vid byggande av bostäder och lokaler – etapp Norra 2, exploateringskontoret (21/9-2009) s.7, (Hämtad 2013-04-20)

32 Miljökrav vid byggande av bostäder och lokaler – etapp Norra 2, exploateringskontoret (21/9-2009) s.8, (Hämtad 2013-04-20)

33 Miljökrav vid byggande av bostäder och lokaler – etapp Norra 2, exploateringskontoret (21/9-2009) s.8, (Hämtad 2013-04-20)

34Lars Andrén, Lars Tirén, Passivhus en handbok om energieffektivt byggande, första upplagan, (2012), sid 16, (Hämtad 2013-05-02)

9

Ursprungligen kommer begreppet Passivhus från Tyskland där tekniken är väl etablerad. Det som skiljer Passivhus från andra är att dessa saknar traditionella uppvärmningssystem.

Uppvärmningen sker via kroppsvärme, sol, hushållsapparater och belysning.

Med passivhus kan koldioxidutsläpp minska med ca 70 % och energiförbrukningen kan minskas med upp till 90 kWh per m

/år vid jämförelse med traditionella hus. Utmärkande är:



Mycket välisolerade väggar, tak, golv, fönster och dörrar



Begränsade fönsterareor mot söder och väster



Fläktstyrd ventilation med mycket effektiv värmeåtervinning



Mycket lufttäta hus (4 gånger jämfört med svensk byggnorm) för att få god säkerhet mot fuktskador och för god inomhusmiljö.

4.1.4 Klimatzoner

I den nya BBR från 2010 blir klimatzonerna tre och har då utökats med en zon för norra Sverige.

En ny utformning för DVUT (Dimensionerande Vinter UteTemperatur) införs gällande byggnader som inte uppvärms till mer än 10° samt där energianvändningen för komfortkyla, tappvarmvatten och fastighetsenergi är av mindre betydelse.

35 Hebert Sten, Miljöfrågan inom Byggsektorn, upplaga 1, Sid 82, (Hämtad 2013-05-02)

36 Hebert Sten, Miljöfrågan inom Byggsektorn, upplaga 1, Sid 82 (Hämtad 2013-05-02)

37 Lars Andrén, Lars Tirén, Passivhus en handbok om energieffektivt byggande, första upplagan, (2012), sid 35, (Hämtad 2013-05-20)

Figur 4.1.3. 1 Visar principskiss över passivhus, bilden är hämtad från hemsidan Passivhuscentrum.

10 Klimatzon I krav på energianvändning: 130 kWh/m

x år.

Klimatzon II krav på energianvändning: 110 kWh/m

x år.

Klimatzon III krav på energianvändning: 90 kWh/m

x år.

4.1.5 Energihushållning

Under år 2011 uppgick den genomsnittliga energianvändningen per kvadratmeter i flerbostadshusen till ca 140 kWh. Genomsnittet i energianvändningen per lägenhet var precis som energianvändningen per kvadratmeter i flerbostadshusen något högre åren 2006-2010.

Tabell 4.1.5. 1 Visar andel i procent av uppvärmd area i flerbostadshus år 2002-2011 fördelad på energikällor och energibärare, tabellen är hämtad från energimyndighetens hemsida.

38 BBR 19, BFS 2011:26, 9:2 Bostäder, http://www.boverket.se/Global/bygga-o-forvalta-ny/dokument/regler- om-byggande/boverkets-byggregler-bbr/bbr-19/bfs-2011-26-9.pdf (Hämtad 2013-05-20)

39 Energimyndigheten, Energistatistik för flerbostadshus 2011,

http://webbshop.cm.se/System/TemplateView.aspx?p=Energimyndigheten&view=default&id=1b8ac61e73f74329a 485993c808b11e2 (Hämtad 2013-05-15)

Figur 4.1.4. 1 Visar klimatzonindelningen i Sverige, bilden är hämtad från hemsidan nollenergihus

11

Det går åt energi för att värma upp byggnaden. För småhus ligger andelen på runt 60 % av den energin som byggnaden använder. En byggnads behov av värme avgörs i vilken grad byggnaden förlorar energi i form av värmeförluster. Olika alternativ till att förse byggnaden med värme finns i form av elpannor, fjärrvärme, biobränslepannor, samt olika typer av värmepumpar eller solvärme. Tillförseln av värme som byggnaden förses med är oftast någon form av ett distributionssystem, dessa kan vara vattenburna radiatorer, golvvärmeslingor (el- eller vattenburna), eller luftburen värme som förs in till byggnaden via ventilationssystemet.

I samband med ventilation uppstår alltid ventilationsförluster, i passivhus är målsättningen att minska dessa förluster vilket uppnås med återvinning av värmen ifrån luften. En avgörande faktor för hur god återvinning som kan uppnås är byggnadens täthet, detta resulterar i de höga krav som ställs på täthet. Tappvarmvattenförluster uppstår när det varma vattnet lämnar byggnaden. För att minska på förlusterna kan man installera t.ex. snålspolande armaturer samt effektiv användning.

Fastighetsel är den el eller energi som driver det centrala systemet i byggnaden för att kunna använda denna i rätt syfte. Hit hör bl.a. fläktar, cirkulationspumpar, hissar, fast installerad belysning, avfrostning av hängrännor och liknande. Hushållselen är den el som är avsedd att användas för hushållsändamål. Till den elen hör elanvändningen som går åt för spis, kyl, frys, disk, samt andra hushållsmaskiner så som belysning, datorer, tv och dylikt.

40 Lars Andrén, Lars Tirén, Passivhus en handbok om energieffektivt byggande, första upplagan, (2012), sid 38,39,42, (Hämtad 2013-05-23)

Figur 4.1.6. 1 Visar principskiss över passivhus, bilden är hämtad från hemsidan Passivhuscentrum, vilka behandlar frågan om Passivhus och dess tekniska lösningar.

12 4.2 Miljösituationen

Jordens temperatur ökar som en följd till människans agerande. Det som sker i naturen är att isarna runt polerna smälter. Detta resulterar i att vattennivåerna i haven stiger. Stora mängder koldioxid släpps ut genom ekosystemet, vilket sker i samband med den globala uppvärmningen.

Åren 2000-2008 minskade koldioxidutsläppen, under 2010 ökade utsläppen med 6 procent. För 2011 visar siffror att utsläppen återigen ökade med 3 procent. Allt mer omfattande förbränning av fossila bränslen är orsakerna till ökningen av koldioxidutsläppen.

4.2.1 Fjärrvärme - Koldioxidutsläpp

Med teknik och energieffektivisering har Sverige hittills varit ett föregångsland, en unik infrastruktur i form av fjärrvärme har utvecklats där energimixen inom snar framtid enbart består av miljövänlig biomassa. Däremot är fjärrvärmeförlusterna idag för stora och blir påtagliga när nya energisnåla stadsdelar konstrueras, exempelvis Norra Djurgårdsstaden, Norra Station samt Annedal i Stockholm. En värmekälla som kan vara av intresse att se över är solvärme som kan sammankopplas mellan byggnader och energiverk. Solvärmen kan leda till minskad inköpt energi för varmvatten samt minskad utsläpp av koldioxid. Då solvärme kopplas direkt till fjärrvärme kan 40 % av varmvatten behovet sparas, som i sin tur leder till en betydande minskad andel biobränsle.

Koldioxiden från fjärrvärme har sedan 1980-talet minskat med 60 procent. Detta har skett parallellt med att produktionen av värme och el har mer än fördubblats. En hållbar värmeförsörjning som både är neutral till de resurser som används samt gentemot klimatet är det som eftersträvas. Förutsättningar för detta är att värme utvinns ur energi som annars inte skulle återvinnas, samt genom hållbara uttag av förnybar energi samt att tillverkningens klimatpåverkan minskas genom att byta till klimatneutrala bränslen och att de utsläpp som finns kvar neutraliseras.

Ett snabbt sätt att minska koldioxidutsläppen är att byta ut kol mot biobränsle i sameldade värmekraftverk samt konventionella kraftverk. Denna metod är den snabbaste vägen att ta itu med målet att reducera utsläppen av fossilt koldioxid.

4.3 Klimatskal

Nedan följer fakta om det mest väsentliga som berör klimatskalet samt har studerats i denna studie.

4.3.1 Transmissionsförluster

Ur byggnadens klimatskal (väggar, golv, tak, fönster och dörrar) leds värmeförlust ut. Denna förlust benämns som transmissionsförluster. Isoleringen (värmemotståndet) i byggnaden avgör storleken på förlusten som är direkt beroende av detta. Även köldbryggor som är konstruktionsdetaljer eller otätheter som bryter klimatskalet hör till transmissionsförluster.

41Lars Andrén, Lars Tirén, Passivhus en handbok om energieffektivt byggande, första upplagan, (2012) sid 26, (Hämtad 2013-05-20)

42 Johnny Kellner, publicerad 4 september 2012, http://johnnykellner.se/vi-kan-inte-leva-som-om-vi-vore-den-sista- generationen-%e2%80%93-byggbranschen-har-ett-stort-ansvar (hämtad 2013-05-20)

43 Fortum, Hållbarhetsplan, http://www.fortum.com/countries/se/privat/fjarrvarme/miljo/pages/default.aspx (hämtad: 2013-05-20)

44 Vattenfall, uppdaterad 2013-05-22, http://www.vattenfall.se/sv/biomassa.htm (Hämtad 2013-05-20)

45 Lars Andrén, Lars Tirén, Passivhus en handbok om energieffektivt byggande, första upplagan, (2012), sid 40, (Hämtad 2013-05-21)

13

Passivhus har höga krav på täthet. Byggnaden konstrueras med hänsyn tagen till att bästa möjliga täthet uppnås. Det som menas med täthet är lufttätheten, men samtidigt kan en byggnad även vara diffusionstät eller regntät. När man talar om täthet i passivhus är det mer specifikt byggnadskonstruktionens lufttäthet, som antyder hur mycket luft som får passera genom klimatskalet enligt kriterierna för passivhus. Då passivhusen samtidigt har höga krav på låg energianvändning samt låg effektbehov, skulle kraven inte uppnås utan att klimatskalet hade låga U-värden samt god lufttäthet.

4.3.3 Fönster

Krav på fönster uttrycks enligt FEBY09 på följande sätt:

”Byggnadens genomsnittliga U-värde för fönster och glaspartier ska vara högst 0,90 W/m

K. U- värden skall vara mätt av ackrediterat provningslaboratorium enligt standard SS-EN ISO 12567-1 för ett representativt fönster exempelvis 12x12 M, dvs. inklusive karm, båge och glas. För övriga storlekar på glaspartier kan beräkningar göras enligt SS-EN ISO 10077-1.”

Byggnadsdelen fönster är ur många synpunkter speciell. Viktiga egenskaper med fönster är täthet mot regn, kondens på glaset, beständighet hos karm och båge och slutligen värmeflöde utåt och inåt. Det eftersträvas att minska värmeförlusterna inifrån och ut genom fönstret för att uppnå en god energihushållning. Ibland bör även den infallande solstrålningen begränsas då det kan resulteras i övertemperaturer inomhus.

Utformningen på energieffektiva fönster är sådan att fönstret består av två eller tre skikt av glas som är sammanfogade i en isolerruta. För att uppnå minskade värmeförluster är mellanrummet i isolerrutan gastätt och tillslutet samt fyllt med en ädelgas. Målet är att släppa in solvärme samtidigt som rumsvärmen kvarhålls.

46 Lars Andrén, Lars Tirén, Passivhus en handbok om energieffektivt byggande, första upplagan, (2012), sid 74, (Hämtad 2013-05-22)

47 Sandin Kenneth, Praktisk Byggnadsfysik upplaga 1 (2009) sid 46, (Hämtad 2013-04-25)

48 Energimyndigheten, Uppdaterad: 2011-03-28, http://www.energimyndigheten.se/Hushall/Din- uppvarmning/Fonster-och-dorrar/ (Hämtad: 2013-05-16)

Bild 4.3.3.1 Visar ett energifönster EC/90 med ett U- värde på 0,77 W/m2K, bilden är hämtad från Ekstrands hemsida.

Figur 4.3.3. 2 Visar tänkt konstruktionsritning för fönstret EC/90, som är ett sidohängt inåtgående fönster för passivhus, bilden är hämtad från Ekstrands hemsida.

14

En viktig del i husets klimatskal är även ytterdörren. Dess egenskaper ska vara utformade så att den kan stänga ute kyla, regn och snö samt uppfylla säkerhetskraven för byggnaden.

I brist på information kring krav på U-värde för ytterdörrar kompletteras FEBY 09 med FEBY 12 där krav på ytterdörrar återfinns:

”Byggnadens genomsnittliga U-värde för fönster och glaspartier ska vara högst:

Passivhus: 0.80 W/m

K Minienergihus 0,90 W/m

K

U-värden skall vara uppmätt av ackrediterat provningslaboratorium eller beräknat enligt SS-EN 14351-1:2006+A1:2010.

Med genomsnittligt U-värde avses: Σ (U x A)/ Σ A, där A är arean för respektive fönster.”

4.3.5 Ytterväggar, golv och tak

Höga krav på låga U-värden i ytterväggar är det som utmärker passivhus, vilket måste garanteras.

De låga U-värdena för konstruktionens ytterväggar bör vara mindre än eller lika med 0,10 W/m

K, och kravet på täthet är 0,30 l/sm

när tryck råder på 50 Pa tryckskillnad.

4.3.6 Takbjälklag - Yttertak

Passivhuskonstruktionens takbjälklag bör ha ett U-värde runt 0,08 W/m

K. För att uppnå kravet behöver man konstruera takkonstruktionen med en isolering på 500 mm. Vidare ställs inga krav på yttertakets konstruktion i passivhuskonstruktioner. För att få ett varmare klimat på

”kallvinden” använder man 70 mm isolering på yttertaket som placeras mellan råspont och tegel, vidare förutsätter utformningen av ”kallvinden” utförs på tät vilket innebär utan luftning i takfoten.

49Energimyndigheten, Uppdaterad: 2011-03-28, http://www.energimyndigheten.se/Hushall/Din- uppvarmning/Fonster-och-dorrar/ (Hämtad: 2013-05-19)

50Lars Andrén, Lars Tirén, Passivhus en handbok om energieffektivt byggande, första upplagan, (2012) sid 79, (Hämtad 2013-05-20)

51Lars Andrén, Lars Tirén, Passivhus en handbok om energieffektivt byggande, första upplagan, (2012) sid 79, (Hämtad 2013-05-20)

15 4.4 Materialspecifika egenskaper

I denna del får läsaren ta del av de egenskaper som är specifika för materialen trä, betong, tegel – stål.

Material Specifik

Värmekapacitet, c [Ws/kgK]

Värmekonduktivitet, λ [W/mK]

Densitet, ρ [kg/m

]

Trä 1500 0,13 500

Betong 1000 1,7 2300

Stål 460 60 7850

Tegel 1000 0,7 1500

Tabell 4.4. 1 Visar materialens specifika egenskaper.⁵² 4.4.1 Trä

Planeringen och projekteringen för trähus är inte olik från andra material som används i byggnader. Trä kan mycket väl kombineras med andra material om hänsyn tas till materialets egenskaper och förutsättningar. Det kan vara egenskaperna som rör funktionalitet, teknik samt estetik. Idag kan man bygga trähus i upp till åtta våningar vilket tyder på att materialet inte skiljer sig avsevärt från andra material som finns som alternativ, varken ur tekniskt eller ekonomiskt perspektiv.

I Sverige har trä alltid varit ett av de dominerande materialen till byggnadsstommar. Att trä fått så stor användning i Sverige beror naturligtvis på den goda tillgången i våra skogar samt på flera goda egenskaper, t ex låg densitet, lätt att bearbeta, god hållfasthet samt god värmeisoleringsförmåga. I Sverige används främst virke av gran och furu.

4.4.2 Betong

Betongen utmärks av god beständighet, formbarhet samt hållfasthet, vilket gör den till ett av våra viktigaste byggnadsmaterial. Betongen används framförallt i byggnaders bärande konstruktioner i form av stommaterial, där det finns stor risk för fukt och nötningar. Betong används vanligen till husgrunder, fasader, industrigolv, vägar och broar.

Beståndsdelarna i betongen är cement, vatten och ballast (ballasten består av sten, grus och sand).

För att påverka betongens egenskaper används även tillsatsmedel och tillsatsmaterial.

Tegel tillverkas av lera som formas, torkas och slutligen bränns i en ugn. Densiteten hos tegel är relativt hög, normalt ligger den mellan 1600-1800 kg/m

och tryckhållfastheten är god medan värmeisoleringsförmågan är sämre.

52 Burström Gunnar Per, Byggnadsmaterial, upplaga 2:6, (2010) sid 50, (Hämtad 2013-04-20)

53 Träguiden, http://www.traguiden.se/TGtemplates/GeneralPage.aspx?id=197 (Hämtad: 2013-05-02)

54 Sandin Kenneth, Praktisk Husbyggnadsteknik, upplaga 2:3 (2007) sid 19, (Hämtad 2013-04-20)

55 Burström Per, Byggnadsmaterial, upplaga 2:6, (2010) sid 204, (Hämtad 2013-04-21)

56 Burström Gunnar Per, Byggnadsmaterial, upplaga 2:6, (2010) sid 205, (Hämtad 2013-04-21)

16

Material som har grundämnet kol som huvudbeståndsdel benämner man stål. Materialet framställs genom en smältprocess samt med en kolhalt som inte överstiger 1.8 viktprocent.

4.5 Framställning av materialen

Nedan återges en förklaring till hur de olika materialen trä, betong, tegel – stål framställs genom en inblick kring framställningen av materialen fås även en övergripande bild på processen till energin som åtgår. Även en skillnad i framställningens komplexitet för de olika materialen kan vara vägledande i förståelsen för miljöbelastningen som eventuellt sker i samband med framställningen samt sedan brukandet i byggnader.

4.5.1 Framställning trä

Träprodukter framställs genom att trä avverkas. Då förblir kolet bundet tills trämaterialet i produkten tjänats ut och förbränts. Energi utvinns genom förbränningen samtidigt som kolet frigörs i form av koldioxid. Denna koldioxid som en gång har fångats upp i atmosfären och som frigörs ännu en gång tas upp av växande träd som sedan ombildas till biomassa och kallas den utvinna energin koldioxidneutral. Detta resulterar i att den atmosfäriska koldioxidkoncentrationen inte får ett tillskott av ytterligare koldioxid. Det är därmed lika miljömässigt försvarbart att återanvända produkter och återvinna trämaterial genom att förbränna uttjänta träprodukter.

57 Sandin Kenneth, Praktisk Husbyggnadsteknik, upplaga 2:3 (2007) sid 18

58 Burström Gunnar Per, Byggnadsmaterial, upplaga 2:6, (2010) sid 50

59 Träguiden, http://www.traguiden.se/TGtemplates/popup1spalt.aspx?id=957&contextPage=951, (hämtad 2013- 05-15)

Figur 4.5.1. 1Visar träets kretslopp, bilden är hämtad från hemsidan träguiden.

17

Att tillverka cement, vilken är en av huvudbeståndsdelarna i betongen, kräver energi.

Koldioxidutsläpp som uppkommer vid tillverkningen står för ca 4-5 procent av världens totala koldioxidutsläpp. Betong har en hög grad av koldioxidutsläpp vid tillverkning och cementtillverkningen genererar ca 1,4 miljoner ton CO

/år som samtidigt kompenseras med ca 300000 ton CO

som materialet binder under byggnadens livstid.

Betong binder koldioxid så länge den lever vilket gör att man kan dra en parallell till skogen. Betongen tar tillbaka hälften av koldioxiden som avges under cementtillverkningen genom karbonatisering.

4.5.3 Framställning tegel

Tegel framställs som andra keramiska material. Framställningen kan beskrivas på följande sätt:

först sker förbehandling av råmaterialet dessa kan vara lera plus andra tillsatser som kan behövas, sedan formas produkterna, dessa produkter skall i nästa steg torkas för att brännas och avkylas slutligen sker en sortering av slutprodukterna. Kort kan tegelframställning sammanfattas till att lera formas och bränns i ugnar under höga temperaturer.

60 Jernkontoret,

http://www.jernkontoret.se/ladda_hem_och_bestall/publikationer/stalforskning/stalforskningen_starker_var_glob ala_konkurrenskraft.pdf sid 22, (Hämtad 2013-05-15)

61 Svensk betong, http://svenskbetong.se/hallbart-byggande/betong-a-miljoe.html (Hämtad 2013-05-15)

62 Burström Gunnar Per, Byggnadsmaterial, upplaga 2:6, (2010) sid 335,336, (Hämtad 2013-05-15) Figur 4.5.2. 1 Visar cementtillverkning enligt torrmetoden,

bilden är hämtad kurslitteratur Byggnadsmaterial.

18

Det finns två typer av tillverkning av stål. Dessa är: malmbaserade tillverkningar som utgår från malmpellets, och sedan finns det skrotbaserad tillverkning som utgår från skrot.

Världsproduktionen av stål är fördelad på 60 – 65 procent av järnmalm samt 40 – 35 procent av skrot. För tillverkning av stål används fossila bränslen som i sin tur leder till höga halter av koldioxidutsläpp.

Vid tillverkning av 1 kg stål släpps det ut ca 1,2 kg CO

och den årliga tillverkningen av stål är närmare 5,7 miljoner ton.

Figur 4.5.4. 1 Visar tillverkning av malmbaserad samt skrotbaserad stålproduktion, bilden är hämtad från Svenska Miljöinstitutets hemsida.

63 Svenska miljöinstitutet

http://www.ivl.se/omforetaget/sok.4.4a08c3cb1291c3aa80e80001424.html?query=st%C3%A5ltillverkning&submit

=S%C3%B6k (Hämtad 2013-05-15)

64 Byggindustrin,

http://www.svenskbetong.se/images/Bygga_platsgjutet/Hllbart_byggande/Betong_suger_upp_klimatgaser_Byggin dustrin_okt2012.pdf Publicerad 2013-12-31, (Hämtad 2013-05-15)

19

5 Genomförandet

Med information tagen från exploateringskontoret skall de flesta byggnader uppföras som passivhus för att uppnå miljökraven i Norra Djurgårdsstaden. Således ska byggnadsförslagen projekteras med passivhus lösningar. Med hjälp av kurslitteratur har olika värden för materialen såsom värmekonduktivitet, värmekapacitet och densitet tagits fram. Relevant information om de aktuella materialen har inhämtats från olika kurslitteratur som sedan återberättats i studien.

Information som berör Climate Positive Development Program och Norra Djurgårdsstaden har i brist på kurslitteratur inhämtats från internetsidor, dock har vi varit kritiska till dessa och endast återberättat fakta från pålitliga källor såsom, Stockholmsstads- och Clinton Foundations hemsida.

Med hjälp av lärare på KTH och konsulter på Grontmij AB, har de olika konstruktionslösningarna för stomme och klimatskal utförts, som ligger till grund för de olika förslagen och som används för att göra energiberäkningarna i VIP-Energy.

Andra hjälpmedel som byggnadsförslagen utformats efter har varit Plankartan för Etapp Norra 2, där vi mätt den maximala storleken byggnaden får vara. Miljökraven har använts för att följa kraven för den nya bebyggelsen som förslagen grundar sig på, såsom energianvändningen 55 kWh/m

×år. Miljökraven har bidragit med information om hur mycket koldioxid som byggnader i området eftersträvas att släppa ut, samt hur klimatskalet skall utformas.

Genomförandebeskrivningen har försett information om marken som förslaget ska i teorin byggas på. Denna information är välbehövd vid energiberäkning i programmet VIP-Energy. I Illustrationsbilagan erhålls information och idéer om hurdana byggnader i området bör utformas.

5.1 Projektering av byggnadsdelar

Nedan beskrivs tre olika byggnadsförslag med olika material i klimatskal och stomme som har använts för projekteringen, dessa material är trä, betong och stålstomme med tegelfasad. Viktigt är att följa kraven som ställs i Norra Djurgårdsstaden, de dominerande kraven under projekteringen till de olika konstruktionerna är huruvida de är konstruerade för att uppnå passivhus standard. Vilket i sin tur uppfyller miljökraven, i form av energieffektiva byggnader.

För att genomföra konstruktionerna måste även ljud- och brandkrav uppfyllas. Ingen djupare

studie har gjorts för dessa krav och kommer därav inte förklaras ingående i denna rapport.

20

Yttervägg⁶⁵

13 Gips

70 Regelverk med mellanliggande stenull, Paroc eXtra (installationsutrymme)

0,12 Luft- och ångspärr, Paroc XMV 012 145 Stenull, PAROC eXtra

145 Träreglar med mellanliggande stenull, Paroc eXtra 45 Klimatskiva, PAROC WAS 35tt

1,5 Plastbricka, PAROC XFW 004

45 Distanskropp, PAROC XFP 001 + glespanel 20 Ventilationsspalt

Träbeklädnad

Mellanbjälklag⁶⁶

2×13 Gipsskiva

22 Golvspånskiva, 21 OSB eller liknande

300 Golvbjälkar cc600 med mellanliggande stenull

(fackverksbalk, I-balk, fanerträbalk (LVL) eller limträbalk).

Ljudklass B → 400 golvbjälkar.

Akustikprofil för fjädrande infästning i undertak cc400 13 Gipsskiva

15 Brandhärdig gipsskiva typ GF

65 Paroc, http://www.paroc.se/losningar-och-produkter/losningar/vaggar/ventilerade-fasader-traregelvaggar (Hämtad 2013-05-10)

66 Träguiden, http://www.traguiden.se/TGtemplates/popup2spalt.aspx?id=4976&contextPage=5946 (Hämtad 2013-05-10)

Figur 5.1.1. 1 Visar yttervägg för förslag 1 - trästomme, bilden är hämtad från VIP- Energy.

Figur 5.1.1. 2 Visar mellanbjälklag för förslag 1-trästomme, bilden är hämtad från VIP-Energy.